中考物理总复习实验12 探究杠杆的平衡条件（原卷版）

这是一份中考物理总复习实验12 探究杠杆的平衡条件（原卷版），共13页。试卷主要包含了杠杆，杠杆平衡条件的实验探究等内容，欢迎下载使用。
知识点一、杠杆
1.认识杠杆
一根硬棒，在力的作用下能绕着固定点O转动，这根硬棒就是杠杆。杠杆可以是直的，也可以是弯的或其他形状，如图所示是生活中常见的几种杠杆。

撬棒 羊角锤 镊子 指甲刀
杠杆在使用中有力作用在杠杆上，因此，杠杆是受力物体，将力作用于杠杆的物体是施力物体。
2.杠杆五要素
知识点二、杠杆平衡条件的实验探究
1.杠杆平衡
当杠杆处于静止状态或匀速绕支点转动状态时，说明杠杆处于平衡状态。
2.实验探究：杠杆的平衡条件
★特别提醒
调节杠杆在水平位置平衡的原因
该实验中当杠杆最初不在水平位置平衡时，调节杠杆每次都在同一位置平衡进行实验，也能得出结论，但此时杠杆是倾斜的，力臂的测量会非常困难.所以，实验前一般先调节杠杆使其在水平位置平衡，这样实验时动力臂和阻力臂与杠杆重合，可直接在杠杆尺上读出力臂大小，会大大方便实验操作。
3.杠杆的平衡条件
杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂。用字母表示：F₁l₁=F₂l₂；
1．（2022•雅安）如图1所示是某同学“探究杠杆的平衡条件”的实验装置，每个钩码重为0.5N（钩码个数若干）：
（1）杠杆放在支架上后，在图1甲所示位置静止，这时的杠杆处于 （填“平衡”或“不平衡”）状态，为了将杠杆调至水平位置平衡，他将左端平衡螺母向 （填“左”或“右”）端调节。
（2）图1乙中，在水平位置平衡的杠杆A处挂两个钩码，则在B处需挂 个钩码时，杠杆才能继续保持在水平位置平衡；实验中每次都要调节杠杆在水平位置平衡，这样做的主要目的是便于直接测量 ；经过多次实验得出杠杆平衡条件为 。
（3）保持杠杆水平位置平衡，将图1丙中的弹簧测力计由竖直位置缓慢向右转动至虚线位置，弹簧测力计示数将 （填“变大”“变小”或“不变”）。
（4）实验中保持阻力F2及阻力臂l2不变，多次改变动力F1与动力臂l1，收集数据并在坐标系中绘制出动力F1与动力臂l1的关系图像（如图2所示），由图像分析可知：当F＝ N时，l1＝30cm。
（5）如图3甲所示，粗细不均匀的胡萝卜在水平位置平衡。将胡萝卜沿虚线位置分割成两部分，如图3乙所示，P点为胡萝卜左边部分重心位置，Q点为胡萝卜右边部分重心位置，根据杠杆平衡条件分析可知，左边部分胡萝卜所受的重力 （填“大于”“小于”或“等于”）右边部分胡萝卜所受的重力。
2．（2022•宜宾）如图是小净利用刻度均匀的杠杆探究“杠杆平衡条件”的实验装置。
（1）实验前没挂钩码，杠杆静止的位置如图甲，为使杠杆在水平位置平衡，应将螺母向 （选填“左”或“右”）端调节；
（2）在杠杆调整到水平位置平衡后，利用钩码和刻度尺测量出杠杆平衡时各个力及其力臂，测得数据如表；由以上实验数据，可得出杠杆的平衡条件是： 。
（3）进行3次实验的目的是 （单项选择，选填正确答案标号）；
A.取平均值减小误差
B.归纳出物理规律
C.使每组数据更准确
（4）如图乙，由杠杆的平衡条件可知杠杆的 （选填“左”或“右”）端会下沉；要使杠杆重新在水平位置平衡，在不改变两侧钩码各自数量的前提下，仅需把左侧钩码 。
（5）如图丙，用同一弹簧测力计两次挂在杠杆的同一位置用力拉（不超过弹簧测力计的量程），均使杠杆在水平位置平衡，弹簧测力计第二次的示数比第一次的示数 （选填“大”或“小”）；
（6）如图丁，有一左粗右细的直木棒，悬挂使其水平平衡，仍利用钩码和刻度尺，使用该直木棒 （选填“能”或“不能”）探究“杠杆平衡条件”；
（7）如图戊，杆秤是我国古老的衡量工具，现今人们仍然在使用。根据杠杆平衡条件，杆秤的刻度应是 的（选填“均匀”或“非均匀”）。
3．（2022•自贡）如图所示，小勇利用铁架台，带有均匀刻度的杠杆，细线，弹簧测力计，钩码若干（每个钩码质量相同）等实验器材，探究杠杆的平衡条件。
（1）实验前，杠杆静止在图甲所示的位置，则此时杠杆处于 （选填“平衡”或“非平衡”）状态；
（2）为了便于测量 （选填“力”或“力臂”），应使杠杆在水平位置平衡。为此，应将平衡螺母向 （选填“左”或“右”）调节；
（3）将杠杆调成水平位置平衡后，如图乙所示，在A点挂3个钩码，则应在B点挂 个钩码，才能使杠杆在水平位置保持平衡；随后两边各取下一个钩码，杠杆 （选填“左”或“右”）端将下沉。
（4）小勇用弹簧测力计替代钩码，在B点竖直向下拉，然后将弹簧测力计绕B点逆时针旋转一小段至如图丙所示位置。在旋转过程中，要使杠杆仍然在水平位置平衡，则弹簧测力计的示数将逐渐 （选填“变大”、“变小”或“不变”），原因是 ；
（5）实验结果表明，杠杆的平衡条件是：动力× ＝ ×阻力臂。
4．（2023•武汉）在探究杠杆平衡条件的实验中：
（1）调节平衡螺母，使杠杆在不挂钩码时，保持水平并静止。选取若干个质量均为50g的钩码，在杠杆两侧分别挂上不同数量的钩码，移动钩码，使杠杆重新在水平位置平衡，分别记下F1、F2、l1、l2的数值。重做几次实验，部分实验数据如表所示。
由表中数据可得，F1、F2、l1、l2之间的关系式是 。
（2）①在第（1）问的某次实验中，杠杆右侧挂了4个钩码，左侧用弹簧测力计竖直向下拉，当杠杆在如图甲所示位置静止时，弹簧测力计的示数是 N。
②保持杠杆右侧所挂4个钩码的位置不变，取下弹簧测力计，在杠杆右侧用弹簧测力计沿竖直方向拉杠杆，当杠杆再次水平并静止时，弹簧测力计对杠杆的拉力为F＝1.5N，请在图乙中画出弹簧测力计对杠杆的拉力F的示意图及其力臂l。
5．（2023•仙桃）在探究“杠杆的平衡条件”实验中：
（1）实验前，杠杆左端下沉，如图甲，则应将平衡螺母向 （选填“左”或“右”）调节，直至杠杆在水平位置平衡；
（2）调节钩码的位置，使杠杆重新在水平位置平衡，读出实验数据并记录在表格中。如图乙所示，阻力臂l2为 cm；
（3）分析表中实验数据，得出杠杆的平衡条件为 （用F1、F2、l1、l2表示）；第3次实验的杠杆类型属于 （选填“省力”、“费力”或“等臂”）杠杆，教室里的劳动工具中有这类杠杆，请举一例： ；并简要说明你的判断理由 。
（4）如图丙，F始终与杠杆垂直，将杠杆缓慢地由位置A拉至位置B的过程中，F的大小将 。（填选项代码）
A.不变
B.变小
C.变大
D.先变大后变小
6．（2023•梁山县模拟）如图是探究“杠杆平衡条件”的实验中，每个钩码的重力为0.5N，下列说法正确的是（ ）
A．甲图杠杆处于非平衡状态
B．乙图在a点用弹簧测量计至少要2N的力才能使杠杆保持平衡
C．丙图中要使杠杆平衡，F1＜F2
D．杠杆平衡条件为：动力×支点到动力作用点的距离＝阻力×支点到阻力作用点的距离
7．（2023•镜湖区校级二模）在“探究杠杆平衡条件”的实验中，下列说法中正确的是（ ）
A．杠杆的横梁不在水平位置静止时，它不处于平衡状态
B．杠杆的横梁不在水平位置平衡时就进行实验操作，探究不出杠杆的平衡条件
C．杠杆的横梁在水平位置平衡时，动力和阻力的方向必须是竖直向下的
D．多次改变力和力臂的大小主要是为了从多组数据中分析归纳出物理规律
8．（2023•泗县校级模拟）如图所示为探究杠杆平衡条件的实验装置，若每个钩码的质量均相同，为了让杠杆在水平位置保持平衡，下列说法中正确的是（ ）
A．可以在A处挂4个相同的钩码
B．用弹簧测力计作用在A点沿任意方向拉都费力
C．可以在B处挂1个相同的钩码
D．用弹簧测力计作用在B点沿任意方向拉都省力
9．（2022•河南模拟）如图所示，是小明“探究杠杆平衡条件”的实验场景，下列说法正确的是（ ）
A．图甲中，杠杆处于非平衡状态
B．图甲中，为了使杠杆在水平位置平衡，只能向右调节左端的平衡螺母
C．图乙中，将支点两侧的钩码同时向靠近支点方向移动一格，杠杆仍能水平平衡
D．图乙中，在支点两侧的钩码下方分别加挂一个钩码，杠杆将顺时针转动
10．（2022•新洲区模拟）如图甲所示，是某同学探究杠杆平衡条件的实验装置，关于该实验，下列说法正确的是（ ）
A．实验前，应调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆保持静止状态
B．改变钩码的个数或位置多次实验，目的是减小误差
C．实验时，用弹簧测力计替代左边的钩码，测力计必须竖直向下拉，杠杆才能平衡
D．将杠杆的支点改到O'（如图乙），不能完成实验探究
11．（2023•宝应县二模）小明用如图所示装置做“探究杠杆的平衡条件”实验。
（1）安装好装置后，杠杆位置如图甲所示，此时杠杆 （平衡/不平衡），为使其在水平位置平衡，应将平衡螺母向 调节。
（2）如图乙所示，杠杆调节平衡后，在A处悬挂3个钩码，每个钩码重0.5N，如果在B处施加一个拉力使杠杆在水平位置再次平衡，拉力最小时，大小为 N。
（3）得到实验结论后，利用图丙所示装置，轻质杠杆可绕O转动，A点悬挂一重物M，B点受到电子测力计竖直向上的拉力F，杠杆水平静止。保持F方向不变，F的力臂记为L，改变B点位置，F与 的关系图像为图丁中的①；若将M从A移至P，再重复上述步骤，上述关系图像应为图丁中的 （选填“①”或“②”或“③”或“④”）。
12．（2023•封丘县二模）实验小组在探究“杠杆的平衡条件”实验，所用钩码重均为0.5N。
（1）实验前，发现杠杆处于如图甲所示的状态，此时应将杠杆的平衡螺母向 （选填“左”或“右”）调节，使杠杆在水平位置平衡，其目的是为了消除杠杆自重对实验的影响及便于 。
（2）调节好杠杆，第1次实验时，在其左右两端添加钩码，此时杠杆的状态如图乙所示，为了使杠杆重新平衡在水平位置，在不添加钩码的情况下，最简单的操作是 。
（3）改变钩码数及悬挂位置重复实验，记录数据如下表，分析实验数据可得出杠杆的平衡条件： （用式子表示）。
（4）同学们讨论交流后，添加容积为100mL的空小桶、刻度尺测量某液体的密度。如图丙所示，将空小桶悬挂在A点，钩码悬挂在B点，杠杆再次在水平位置平衡，测得OA为10cm，OB为20cm，则空桶重为 N，然后往空小桶内注满液体，两节钩码到C点时，杠杆在水平位置重新平衡，测得OC为42cm，则液体的密度为 kg/m3。
13．（2023•海拉尔区模拟）某同学利用如图所示的杠杆，来探究动力大小与动力臂的关系。
（1）杠杆静止在如图甲所示的位置，为使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向 调节；
（2）实验测量时，总保持杠杆在水平位置平衡，目的是便于测量 ；
（3）重物的位置不变，多次改变动力臂，记录数据，画出图丙所示的动力随动力臂变化的图象，则杠杆左端所挂重物的重力大小是 N（杠杆上每一小格长度为1cm）；
（4）该同学发现图中每次描出的点与两坐标轴围成的矩形面积总相等，原因是 的乘积不变；
（5）根据上述实验规律，用图丁所示的铁锹铲土时，为使前臂用力小一些，应 （选填“增大”或“减小”）两手间的距离。
14．（2023•伊州区校级二模）小明和小红一起做探究杠杆平衡条件的实验：
（1）实验前，将杠杆的中点置于支架上，发现杠在如图甲所示的位置保持静止，此时杠杆 （选填“是”或“不是”）处于平衡状态，小明将左端的平衡螺母向右调，小红认为也可以将右端的平衡螺母向 调（选填“右”或“左”），使杠杆在水平位置平衡。
（2）杠杆调好后小明同学按图乙进行实验，小红同学按图丙进行实验。同学们讨论后一致认为小红同学的实验更合理，理由是 。测量结果F1 F1′（选填“＞”、“＝”或“＜”）。
15．（2023•漳州模拟）在“探究杠杆的平衡条件”实验中：
（1）实验前，杠杆静止在图甲所示的位置，此时杠杆 （选填“平衡”或“不平衡”）。为了使杠杆在水平位置平衡，应将杠杆两端的平衡螺母向 （选填“左”或“右”）调节。
（2）图乙中，在A点挂3个钩码，要使杠杆在水平位置平衡，应在B点挂 个相同的钩码；杠杆平衡后，在 A、B两点下方同时增加一个相同的钩码，则杠杆 （选填“左端下沉”、“右端下沉”或“仍保持原状”）。
（3）如图丙所示，若不在B点挂钩码，改用弹簧测力计在C点竖直向上拉杠杆，使杠杆在水平位置平衡；当弹簧测力计从图丙位置转到图丁位置时，其示数会 （选填“变大”、“不变”或“变小”）。
五要素
物理含义及表示方法
图示
支点
杠杆绕着转动的点，用“O”表示
动力
使杠杆转动的力，用“F1”表示
阻力
阻碍杠杆转动的力，用“F2”表示
动力臂
从支点到动力作用线的距离，用“l1”表示
阻力臂
从支点到动力作用线的距离，用“l2”表示
实验目的
(1)知道什么是杠杆的平衡；
(2)通过实验得出杠杆的平衡条件；
(3)体验利用归纳法得出杠杆平衡条件的过程
提出问题
在学习二力平衡时，如果作用在物体上的几个力相互平衡，物体就处于平衡状态。因为杠杆会转动，所以杠杆在动力和阻力作用下静止时，与二力平衡的情况是不同的，杠杆平衡不仅与力的大小有关，还可能与力的作用位置有关
猜想与假设
一般情况下，当杠杆静止或匀速转动时，我们就说此时杠杆处于平衡状态，对杠杆处于平衡状态时，动力、动力臂、阻力、阻力臂之间存在的关系，我们可作出如下猜想：
A.动力+动力臂=阻力+阻力臂 B.动力-动力臂=阻力-阻力臂
C. D.动力×动力臂=阻力×阻力臂
实验设计
杠杆是否平衡是由动力、阻力、动力僻和阻力臂共同决定的。为了探究其平衡条件,可以在杠杆处于静止状态时,分别测出动力F₁、阻力F₂、动力臂l1和阻力臂l₂,然后经过大量数据的对比、分析、归纳得出杠杆的平衡条件
实验步骤
(1)调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆在不挂钩码时，在水平位置保持平衡；
(2)在支点两侧挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置，使杠杆再一次在水平位置平衡，如图所示。这时杠杆两侧受到的作用力分别等于两侧钩码所受的重力，力臂为悬挂点到支点的距离；
(3)设右侧钩码对杠杆施加的力为动力F₁,左侧钩码对杠杆施加的力为阻力F₂,测出杠杆平衡时的动力臂l₁和阻力臂l₂,把F₁、F₂、l₁、l₂的数值填入表格中。
实验
序号
动力F₁/N
动力臂l₁/cm
动力×动力
臂/(N·cm)
阻力F₂/N
阻力臂l₂/cm
阻力×阻力臂/(N·cm)
1
1.0
10
10
0.5
20
10
2
2.0
15
30
1.5
20
30
3
4.0
10
40
2.0
20
40
…
(4)改变钩码个数和位置,多做几次实验（避免偶然性）,将实验得到的数据填入表格中
实验结论
分析实验数据，发现每次杠杆平衡时，动力与动力臂的乘积总是等于阻力与阻力臂的乘积，即动力×动力臂＝阻力×阻力臂，或F₁l₁=F₂l₂
次数
动力F1/N
动力臂L1/cm
阻力F2/N
阻力臂L2/cm
1
1.0
10
2.0
5
2
1.5
5
0.5
15
3
20
15
1.5
20
次数
动力F1/N
动力臂l1/cm
阻力F2/N
阻力臂l2/cm
1
3.0
5.0
1.5
10.0
2
2.0
15.0
2.0
15.0
3
1.0
25.0
2.5
10.0
……
……
……
……
……
次数
动力F1/N
动力臂l1/cm
阻力F2/N
阻力臂l2/cm
1
0.5
16.0
1.0
2
1.0
15.0
1.0
15.0
3
2.0
15.0
1.5
20.0
实验次数
动力F1/N
动力臂l1/m
阻力F2/N
阻力臂点l2/m
1
2
3
0.1
1.5
0.2
3
2.5
0.3
3
0.25